Festwalzen zur Schwingfestigkeitserhöhung bzw. Lebensdauerverlängerung zyklisch beanspruchter Schweißkonstruktionen aus Stahl und Aluminiumlegierungen

Vorhabenbeschreibung:

Trotz allgemein gesicherter Kenntnisse über die Vorteile des Festwalzens als etablierte mechanische Oberflächenbehandlungstechnologie in Bezug auf die Erhöhung der Schwingfestigkeit von Bauteilen ist festzustellen, dass bis heute für Schweißverbindungen vernachlässigbare Untersuchungen zur Auswirkung des Festwalzens auf die Schwingfestigkeit vorliegen. Die Verbesserung der Lebensdauer von geschweißten Konstruktionen ist jedoch für die industrielle Anwendung von großem Interesse, da beim Festwalzen nicht nur Druckeigenspannungen und Verfestigung induziert werden, sondern auch die Geometrie und die Kerbwirkung einer Schweißverbindung erheblich verbessert werden kann. In diesem Vorhaben sollen daher die Möglichkeiten und die Grenzen der Schwingfestigkeitssteigerung geschweißter Bauteile und Komponenten mittels Festwalzens untersucht werden. Festwalzen ist eine kontinuierliche plastische Deformation oberflächennaher Werkstoffbereiche durch ein- oder mehrfaches Überrollen mit Walzen vorgegebener Geometrie unter einer konstanten definierten Anpresskraft. Die elastisch-plastische Verformung führt zur Verfestigung der Oberflächenschicht und der Entstehung von Randdruckeigenspannungen mit großer Einwirktiefe in dem festgewalzten Werkstoff. Durch das Festwalzen wird die Oberfläche zudem geglättet und im Fall einer Kerbe auch abgerundet. Diese vier schwingfestigkeitssteigernden Effekte machen in Kombination das Festwalzen zu einer effizienten mechanischen Oberflächenbehandlung. Ziel der Untersuchungen ist es, das Schwingfestigkeitsverhalten von geschweißten und anschließend festgewalzten Proben aus hochfesten Stählen und Aluminiumlegierungen unter Berücksichtigung aller maßgebenden Einflüsse einschließlich der Stabilität der Druckeigenspannungen umfassend zu analysieren, um damit das Potential dieses Verfahrens zur Nachbehandlung von Schweißverbindungen nachzuweisen und die Vorteile dieses Verfahrens in Form von Merkblättern und höheren Festigkeitsklassen den KMU anzubieten.